DE2420589B2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen maskierender Muster aus Photolack auf selektiv zu
)o bearbeitenden Substratoberflächen.
Verfahren, bei denen Substrate mit einem Photolackmuster abgedeckt werden und dann in den nicht mit
Photolack abgedeckten Bereichen einer Bearbeitung, wie z. B. einer Ätzung, unterworfen werden, haben auf
r> vielen Gebieten der Technik, z. B. in der Druckereitechnik
und in der Halbleitertechnik, große Bedeutung erlangt. Sie sind unter dem Namen photolithographische
Verfahren bekanntgeworden. Bei der Herstellung eines Halbleiterbauteils müssen in mehreren Stufen des
4(i Herstellungsprozesses ein photolithographisches Verfahren
durchgeführt werden. Ein Ausschnitt aus einem solchen bekannten Herstellungsprozeß, wobei bei
diesem Ausschnitt das zu bearbeitende Bauteil keinen hohen Temperaturen ausgesetzt wird, sei im folgenden
4> beschrieben. Eine Schicht, beispielsweise aus einem
negativen Photolack, wird auf der Subsiratoberflächc aufgebracht. Diese Schicht wird durch eine Maske
hindurch belichtet, die ein Muster zeigt, das dem Negativ des in der Photolackschicht zu erzeugenden
">o Musters entspricht. Im darauffolgenden Entwicklungsschritt werden die nicht belichteten Teile der Photolackschicht
herausgelöst, wodurch ein Teil der Subsiratoberfläche freigelegt wird. Der freigelegte Teil kann nun
bearbeitet werden, wobei diese Bearbeitung z. B. ein
">■"> Ätzen oder ein Plattieren sein kann. Im nächsten Schritt
wird der gesamte noch stehengebliebene, polymerisierte Photolack entfernt. Nun wird erneut mit Photolack
beschichtet. Die neue Photolackschicht wird nun durch eine andere Maske belichtet und das dabei entstandene
M) latente Bild wird im nächsten Schritt entwickelt. Der
dabei freigelegte Bereich der Substratoberfläche kann nun einem zweiten Bcarbeitungsschrilt unterworfen
werden, wobei es von der Maske bei der zweiten Belichtung abhängt, ob auch die bei der ersten
ii Bearbeitung behandelten Gebiete der Substratoberllächc
oder nur Bereiche der .Substratoberfläche, die vorher nicht behandelt worden sind, der /weiten
Bearbeitung unterworfen werden. Im nächsten Schritt
wird schließlich der stehengebliebene, polymerisierte Photolack entfernt. Das Beispiel zeigt, daß zur
Durchführung von zwei Bearbeitungen des Substrats mindestens zehn Verfahrensschritte durchgeführt werden
mußten. Je größer die Zah" der notwendigen
Verfahrensschritte bei der Herstellung eines Bauteils ist, desto höher ist die Durchlaufzeit bis zur Fertigstellung,
desto mehr Material wird benötigt, desto höher ist die Zahl von Fehlermöglichkeiten und desto mehr Arbeitskraft
wird benötigt Alle vier Faktoren erhöhen die Kosten des Bauteils.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem bei einem Herstellungsprozeß, der
mehrere aufeinanderfolgende photolithographische Verfahren durchläuft, gegenüber den bekannten Herstellungsprozessen
Verfahrensschritte eingespart werden können, wodurch der Herstellungsprozeß wirtschaftlicher
und zuverlässiger werden soll.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die auf die
zu bearbeitende Substratoberfläche aufgebrachte Photolackschicht selektiv mit unterschiedlichen Strahlungsenergiemengen belichtet und anschließend in aufeinanderfolgenden
Entwicklungsschritten mit Entwicklern zunehmender Lösungsfähigkeit behandelt wird.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden insbesondere Verfahrensschritte wie )ustiei\ i, Belichten
und außerdem Ablösen und Aufbringen von Photolack eingespart. War es bei dem bekannten
Verfahren notwendig, photolithographische Verfahren hintereinander mehrmals durchzuführen, so müssen —
unter der Voraussetzung, daß zwischen den photolithographischen Verfahren keine Verfahrensschritte bei
hohen Temperaturen durchgeführt werden müssen — bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die obengenannten
Verfahrensschritte nur noch je einmal durchlaufen werden. Nur die Zahl der Entwicklungsschritte ist
gleich der Zahl der beim bekannten Verfahren durchgeführten photolithographischen Verfahren.
Durch diese Einsparungen wird nicht nur das Produkt billiger, sondern auch qualitativ höherwertig, weil ganz
allgemein die Zahl der Fehlermöglichkeiten mit der Zahl der Verfahrensschrittc, insbesondere mit der Zahl
der Justierschritte, ansteigt.
Zur Variation der Strahlungsencrgiemenge kann in vorteilhafter Weise je nach den Verfahrenserfordernissen
bzw. -möglichkeiten entweder die Belichtungszeit oder die die Photolackschicht erreichende Strahlungsintensität
variiert werden.
Es ist vorteilhaft, wenn zur Abstufung der die Photolackschicht erreichende Lichtintensität durch eine
Maske mit sich durch ihre optische Durchlässigkeit unterscheidenden Bereichen belichtet wird. Da nur eine
Maske verwendet wird, muß auch nur einmal justiert werden. Dadurch sind Fehljustierungen, die sich
dadurch ergeben, daß die beiden bei zwei aufeinanderfolgenden photolilhographischen Verfahren benötigten
Masken zueinander justiert werden müssen, ausgeschlossen. Fehljustierungen beeinträchtigen z. B. in der
Halbleitertechnik nicht unbeträchtlich die Ausbeute. Hinzu kommt, daß Justierungen in jedem Fall
zeitraubende und kritische Operationen siml. Wird nur
eine Maske benötigt, so hat man außerdem den Vorteil,
daß Masken eingespart werden. Masken sind beispielsweise in der Halbleitertechnik llilfswerkzcuge. die
einen sehr wesentlichen Kostenfaktor darstellen.
Eine Beschränkung auf eine Maske unter Ausnutzung der damit verbundenen Vorteile läßt sich in vorteilhafter
Weise auch dadurch erreichen, daß durch eine Maske mit sich durch ihre Strahlungsabso;rption
unterscheidenden Bereichen bestrahlt wird.
Mit dem Trend zu immer kleineren Abmessungen in der Halbleitertechnik wird es zunehmend attraktiver,
die Photolackschichten nicht mehr durch eine Maske hindurch zu belichten, sondern die Belichtung mittels
eines fokussierten Strahls, der z. B. aus Licht, aus Ionen
oder Elektronen besteht und mit dem die Photolack-
Hi schicht abgetastet wird, vorzunehmen. Dieses Verfahren
ist zwar teurer wie das Belichten durch eine Maske hindurch, aber es lassen sich mit ihm höhere
Auflösungen unter Einhaltung kleinerer Toleranzen erreichen. In vorteilhafter Weise läßt sich das
π erfindungsgemäße Verfahren mittels eines fokussierten
Strahls durchführen, wenn die Intensität und die Abtastgeschwindigkeit des Strahls geregelt werden.
In vorteilhafter Weise läßt sich die Lösungsfähigkeit der Entwickler einfach und reproduzierbar dadurch
-'ti beeinflussen, daß die Konzentration einzelner Bestandteile
variiert wird.
Es ist vorteilhaft, daß das erfindungsgemäße Verfahren sowohl auf Schichten aus einem negativen
Photolack als auch auf Schichten aus einem positiven
-'· Photolack anwendbar ist.
Soll eine Schicht aus einem positiven Photolack aufgebracht werden, so ist es vorteilhaft, wenn als
Photolack ein m-Kresol-Formaldehyd-Novolak-Harz
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von
in etwa 1000 verwendet wird, das als Sensibilisator den
2-Diazo-Naphthochinon-5-Sulfonsäureester von 2,3,4-Trihydroxybenzophenon
enthält, und zum Entwickeln eine alkalische (pH-13). wäßrige Lösung verwendet
wird, die 5% Festkörpergehalt hat, der aus Natriumme-
iι tasilikat und Natriumphosphat besteht.
In vorteilhafter Weise läßt sich die Verminderung der
Lösungsfähigkeit des Entwicklers dadurch erreichen, daß der Festkörpergehalt entsprechend erniedrigt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemä-
I» Ben Verfahrens besteht darin, daß nach dem Aufbringen
der Photolackschicht diese durch eine exakt zum Substrat justierte Maske mit einem 100%ig, einem 0%ig
durchlässigen und einem Bereich, dessen Durchlässigkeit dazwischenliegt, belichtet und anschließend mit
I) einem ersten, nur den Photolackbereich mit dem
geringsten Polymerisationsgrad lösenden Entwickler behandelt wird, daß die dabei freigelegte Substraloberfläche
bearbeitet wird, daß dann das stehengebliebene Photolackmuster mit einem zweiten, den Photolackbe-
">» reich mit dem mittleren Polymerisationsgrad lösenden
Entwickler behandelt wird und anschließend die bei der zweiten Entwicklung oder die bei beiden Entwicklungen
freigelegten Substratoberflächen bearbeitet werden. Bei der Durchführung dieser Ausgestaltung des erfindungs-
>"> gemäßen Verfahrens wird dasselbe Ergebnis erzielt wie bei dem oben beispielhaft beschriebenen bekannten
Verfahren. Der Unterschied besteht abe- darin, daß gegenüber dem bekannten Verfahren 3 Verfahrensschritte eingespart werden und infolgedessen, wie schon
«ι erwähnt, ein billigeres und qualitativ höherwertiges
Produkt erhalten wird.
Die Frfindimg wird anhand von durch Zeichnungen
erläuterten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt
""· F i g. 1 ein durch Bilder veranschaulichtes Fltißdiagranim
eines typischen Verfahrensablaufs entsprechend der Erfindung.
F i β. 2a bis 2c schein,itisch die Herstcllunti eines
Ausschnitts einer Maske zum Belichten von Substraten mit abgestuften Lichtintensitäten, wobei diese Maske
Gebiete mit unterschiedlicher optischer Dichte hat, wodurch sie für den Belichtungsschritt bei einer
Ausgestaltung der Erfindung geeignet wird, -,
Fig. 3a bis 3g Querschnitte durch ein metallisiertes
Keramiksubstrat in verschiedenen Stadien der Herstellung entsprechend einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
Fig.4a bis 4g Querschnitte durch ein metallisiertes ι»
Keramiksubstrat in verschiedenen Stadien der Herstellung entsprechend einer anderen Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Eine photochemische Reaktion ist eine solche, die durch Strahlungsenergie beeinflußt wird. Die Reaktion r,
beginnt, wenn Licht einer bestimmten Wellenlänge eingestrahlt wird und schreitet so lange fort, bis mit der
Bestrahlung aufgehört wird oder die Reaktion vollständig abgelaufen ist. Wie vollständig eine Reaktion
abläuft, hängt dann von der Energiemenge ab, die 2» während der Bestrahlung auf das photoempfindliche
Material übertragen wurde. Zu den wichtigen Parametern bei der Belichtung gehören, der Wellenlängenbereich,
die Intensität der Lichtquelle (I) die optische Dichte bzw. die prozentuale Durchlässigkeit (T) der 2-,
Maske und die Belichtungszeit (t). Bei einem konventionellen Photoprozeß sind diese Variablen so aufeinander
abgestimmt daß auf das photoempfindliche Material so viel Energie übertragen wird, daß die Reaktion
vollständig abläuft. Bei dem hier beschriebenen jo Verfahren werden bei einer einzigen Belichtung
Bereiche des lichtempfindlichen Materials mit unterschiedlichen Energiemengen bestrahlt, wodurch in
diesen Bereichen die Reaktion auch unterschiedlich weit fortschreitet. Das Ergebnis ist, daß latente Bilder r>
hergestellt werden, die selektiv mit Entwicklern unterschiedlicher Konzentration entwickelt werden
können.
Die bei der Belichtung zur Verfügung stehende Energiemenge kann — ohne Berücksichtigung der
Wellenlänge — durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:
E=ITt. (1)
■4)
E = der für die Belichtung zur Verfügung stehenden
Energiemenge,
t = der Belichtungszeit,
/ = der von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtinten- '"
t = der Belichtungszeit,
/ = der von der Lichtquelle ausgestrahlten Lichtinten- '"
sität und
T = der Durchlässigkeit der Maske in Prozent sind.
T = der Durchlässigkeit der Maske in Prozent sind.
Da die von der Lichtquelle abgesandte Lichtenergie nur schwer während einer Belichtung bei einem
Photoprozeß unter Verwendung einer Photomaske variiert werden kann und es oft umständlich ist, die
Belichtungszeit in einzelnen Bereichen des Substrats zu variieren, ist es günstig, eine Änderung der zur
Belichtung zur Verfügung stehenden Energiemenge e>o
durch eine unterschiedliche Durchlässigkeit der Maske in ihren einzelnen Bereichen zu erreichen. Dies wird
dadurch möglich gemacht daß eine Maske hergestellt wird, auf der es Gebiete mit 0%iger und mit 100%iger
Durchlässigkeit wobei diese Durchlässigkeitswerte bereits bei konventionellen Masken üblich sind, und
zusätzlich noch Gebiete mit einer Durchlässigkeit, die zwischen 0 und 100% liegt gibt. Wird durch eine solche
Maske, auf der die Durchlässigkeiten z. B. 0%, 30% unc 100% betragen, eine aus einem positiven Photolacl*
bestehende Schicht belichtet, so würden in diesel Photolackschicht drei Arten von Gebieten entstehen
die sich dadurch unterscheiden, daß die photochemische Reaktion in ihnen unterschiedlich weit fortgeschritter
ist, was mit anderen Worten bedeutet, daß sie in einen" Entwickler je nach Fortschritt der Reaktion unterschiedlich
löslich sind. Gebiete, die durch Bereiche dei Maske mit einer 100%igen Durchlässigkeit belichtel
worden sind, sind leicht in einem verdünnten Entwickler löslich. Gebiete, die durch Bereiche der Maske mit einer
30%igen Durchlässigkeit belichtet worden waren werden in dem verdünnten Entwickler nicht leicht
löslich sein und werden stehen bleiben, bis sie mit einem konzentrierteren Entwickler behandelt werden. Die
nicht belichteten Gebiete werden stehen bleiben bis zum konventionell durchgeführten Ablösen des Photolacks.
Masken mit mehreren Zwischenstufen dei Lichtdurchlässigkeit können dazu benutzt werden, untei
Verwendung in ihrer Konzentration entsprechenc abgestufter Entwickler eine Vielzahl von Photolackbereichen,
die sich in ihrer Löslichkeit unterscheiden mittels einer Belichtung herzustellen.
Die Verfahrensparameter in bezug auf das Photolackauftragen,
die Dicke der Photolackschicht, das Erwärmen vor dem Belichten und irgend welche sonstiger
vorbereitenden Verfahrensschritte werden wie bei der üblichen Photolackprozessen bestimmt. Um die Belich·
tungszeit zu bestimmen, wird eine optimale Dicke dei Photolackschicht, die von dem Charakter der Oberfläche,
die geätzt werden soll, und von der erforderlicher optischen Auflösung abhängt, gewählt.
Soblad die optimale Dicke der Photolackschichi gewählt worden ist, wird eine Belichtungszeit festgelegt
bei der eine angemessene Umwandlung des Photolacks erzielt wird. Bei einer Lichtquelle, die ultraviolettes
Licht von etwa 108 000 Lux ausstrahlt, wird die
Belichtungszeit normalerweise zwischen 5 und 6C Sekunden liegen. Im Fall von zwei Entwicklungsschritten
ist es das Ziel, zwei Stadien der Umwandlung des Photolacks durch die Bestrahlung mit zwei unterschiedlichen
Energiemengen zu erzeugen. Um diese Energiemengen zu bestimmen, ist die oben erwähnte Gleichung
(1) in der folgenden Form nützlich:
i.r...
Drei kritische Werte von -r müssen bei einei
gegebenen Schichtdicke des Photolacks bestimm werden:
1. Minimum A, der Minimalwert, bei dem der durcl
eine Maske mit 100%iger Durchlässig keit belichtete Photolack in verdünn
tem (30%) Entwickler löslich ist
2. Minimum B, der Minimalwert bei dem der durcl
eine Maske mit einer Durchlässigkeit die kleiner als 100% ist belichteti
Photolack in unverdünntem Entwick ler löslich ist.
3. Minimum B. der Wert bei welchem der durch eini
Maske, mit einer Durchlässigkeit dii unter 100% liegt belichtete Photolacl
in verdünntem Entwickler löslich wird
Minimum A wird benützt um die minimale Belich tungszeit für eine gegebene Dicke der Photolackschich
und einen gegebenen verdünnten Entwickler festzulegen. Ein Beispiel soll das veranschaulichen: Es wird dazu
ein positiver Photolack verwendet, der in basischen Medien löslich ist. Der Photolack enthält einen
Diazoketon-Sensibilisator, nämlich den 2-Diazo-Naphthochinon-5-Sulfonsäureester
von 2,3,4,-Trihydroxybenzophenon, ein m-Kresol-Formaldehyd-Novolack-Harz
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 1000 und ein Lösungsmittelgemisch, das aus etwa
80% Äthyl-Cellosolve-Azetat, etwa 10% n-Butyl-Azetat
und etwa 10% Xylol besteht. Das Photolackgemisch wird bei etwa 2500 upm auf eine Chromoberfläche
aufgeschleudert. Die entstandene Photolackschicht kann mit einem 30%igen Entwickler entwickelt werden,
wenn der Wert von ~ = 16 Sekunden, d. h.
Y=Txt = 16 Sekunden.
Im vorliegenden Fall ist 16 Sekunden = 100/100 χ t.
Wird die Gleichung nach t aufgelöst, so leuchtet unmittelbar ein, daß 16 Sekunden die minimale
Belichtungszeit ist, um bei 100%iger Durchlässigkeit der
Maske die darunterliegenden Gebiete im 30%igen Entwickler löslich zu machen. Der unverdünnte
Entwickler ist eine wäßrige, alkalische Lösung mit einem pH-Wert von etwa 13, der etwa 5 Gewichtsprozent
Festbestandteile enthält, die aus einer Mischung von Metasilikat und Natriumphosphat bestehen, wobei
hauptsächlich Natriumorthophosphat verwendet wird.
Für Minimum B und Maximum B wurden Werte von 6,8 bzw. 13,0 Sekunden bestimmt. Mit Hilfe der
Gleichung (1) und bei Zugrundelegung einer minimalen Belichtungszeit von 16 Sekunden kann die Durchlässigkeit
der Maske, in den Bereichen, in denen die Durchlässigkeit weder 0 noch 100% ist, bestimmt
werden:
Minimum B: E//= 6,8 Sekunden= T χ 16 Sekunden
T= 43/100
Maximum B: E/l= 13,0Sekunden = T χ 16Sekunden
Maximum B: E/l= 13,0Sekunden = T χ 16Sekunden
r=81/iOO.
Für den oben beschriebenen Photolack, der bei 2500 upm aufgeschleudert worden ist, ist die minimale
Belichtungszeit 16 Sekunden und die Maske muß einen Bereich einschließen, in dem die optische Dichte
zwischen 43 und 81 % Durchlässigkeit liegt.
Die Entwickler, die zu den oben erwähnten Parametern gehören, sind 30- und 100%ig (unverdünnt).
Die Konzentration des verdünnten Entwicklers wurde willkürlich auf 30% gesetzt, weil dadurch die Variationsbreite
des Prozesses erhöht wird. Diese Konzentration kann um ±5% variiert werden, ohne daß bei
Anwendung der oben genannten Parameter Prozeßschwankungen festgestellt wurden. Die oben genannten
Parameter können in der gleichen Weise für andere Entwicklerkonzentrationen, z. B. für Verdünnungsgrade
im Bereich zwischen 30 und 70% und für Masken, die zwei sich unterscheidende Durchlässigkeitsbereiche, die
weder 0 noch 100% sind, haben, wobei der Verdünnungsgrad der entsprechenden Entwickler zwischen 30
und 50 bzw. zwischen 50 und 70% liegen würde. Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß weder durch die
Anwendung von verdünnten Entwicklern noch durch Anwendung von Masken, deren Durchlässigkeit bereichsweise
kleiner als 100 und größer als 0% war, eine Linienverschlechterung festgestellt wurde.
Das Erhitzen der mit Photolack beschichteten Substrate vor dem Belichten wird wie bei bekannten
Photoprozessen durchgeführt.
Das Erhitzen nach dem Entwickeln muß jedoch
hinausgeschoben werden bis nach der Durchführung der letzten Entwicklung oder ganz weggelassen werden.
Der letztere Fall ist günstig, weil dadurch ein Prozeßschritt eingespart wird.
Die F i g. 1 veranschaulicht einen typischen Verfahrensablauf. Das Substrat 1 wird mit einer Photolackschicht
2 beschichtet und wird dann belichtet, um das quadratische Gebiet 3, welches nur teilweise belichtet
wird, und das kreisförmige Gebiet 4, welches vollständig belichtet wird, zu erzeugen. Die Schicht 2 wird dann
einem verdünnten Entwickler ausgesetzt, der die Schicht 2 im Gebiet 4 entfernt und auf diese Weise ein
Gebiet 5 des Substrats 1 freilegt. Das Gebiet 5 kann dann geätzt, metallisiert oder sonst einem konventionellen
additiven oder subtraktiven Prozeß unterworfen werden. Die Schicht 2 wird dann einem konzentrierten
Entwickler ausgesetzt, der die Schicht 2 in dem Gebiet 3 entfernt und dabei das Gebiet 6 des Substrats 1 freilegt.
Das Gebiet 6 des Substrats 1 kann dann geätzt, metallisiert oder irgend einem konventionellen additiven
oder subtraktiven Prozeß unterworfen werden.
Auch das Gebiet 5 wird diesem zweiten Prozeßschritt unterworfen. Die stehengebliebene Photolackschicht 2
wird schließlich von dem Substrat entfernt.
In den Fig. 2a bis 2c ist die Bildung einer Maske 11
mit drei verschiedenen Durchlässigkeitsbereichen veranschaulicht. Eine Glasplatte 13 wird mit einer
Silberhalogenidemulsionsschicht 15 beschichtet. Die Schicht 15 wird dann durch das Muster 12 unter
gleichzeitiger 20facher Verkleinerung 25 Sekunden lang in den Gebieten 17, wo eine vollständige Belichtung
gewünscht wird, belichtet. Die Schicht 15 wird anschließend etwa 25 Sekunden lang durch das Muster
14 unter gleichzeitiger 20facher Verkleinerung derart belichtet, daß die Gebiete 17 noch einmal und die
danebenliegenden Gebiete erstmalig belichtet werden.
Zur leichteren Unterscheidung sind die Gebiete 17 stark gepunktet und die Gebiete 19 schwach gepunktet. Die
Glasplatte wird dann in konventioneller Weise entwikkelt,
um eine Maske 11 mit abgestufter Durchlässigkeit zu erzeugen, wobei sich auf dieser Maske voll belichtete
Gebiete 17, deren Durchlässigkeit im Idealfall 0% beträgt, teilweise belichtete, graue Gebiete 19 mit einer
etwa 50%igen Durchlässigkeit und nicht belichtete, saubere Gebiete 21, deren Durchlässigkeit im Idealfall
100% beträgt, befinden.
Anhand der F i g. 3 soll nun die Bildung eines feinen
Musters von metallischen Leiterzügen, die dazu dienen, Halbleiter-Chips untereinander zu verbinden, auf einem
Keramiksubstrat mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Eine Chromschicht 21, die eine
Dicke von etwa 1000 Ä hat, ist mittels Vakuumbedampfung
auf dem dielektrischen Substrat 23, welches typischerweise aus Glas oder einem Keramikmaterial
besteht, aufgebracht In diesem Beispiel wird ein Keramiksubstrat verwendet, das aus 92 bis 99%
Aluminiumoxid besteht Als nächstes wird auf die b5 Chromschicht eine Kupferschicht 25 mit einer Dicke
von etwa 80 000 A und auf diese eine zweite Chromschicht 27 mit einer Dicke von etwa 2000 A
mittels Vakuumbedampfung aufgebracht Es sei klarge-
stellt, daß auch andere leitfähige Materialien, wie z. B.
Silber, Gold, Tantal und Aluminium benützt werden könnten, um die Schichten 21, 25 und 27 herzustellen.
Auf der Schicht 27 wird eine Schicht 29 aus Photolack aufgebracht. In diesem Beispiel wird die Schicht 29 aus
einem positiven Photolackgemisch hergestellt, das einen m-Kresol-Novolak-Harz mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von etwa 1000, einen Diazo-Keton-Sensibilisator, der aus dem 2-Diazo-Naphthochinon-5-Sulfonsäureester
von 2,3,4-Trihydroxybenzophenon besteht, und ein Lösungsmittelgemisch, das zu etwa 80%
aus Äthyl-Cellosolve-Azetat zu etwa 10% aus n-Butyl-Azetat
und zu etwa 10% aus Xylol besteht, enthält. Dieses Photolackgemisch wird auf das Substrat 23 bei
etwa 2500 upm aufgeschleudert, wobei sich nach dem Entfernen des Lösungsmittelgemisches eine Schicht mit
einer Dicke von etwa 25 000 Ä bildet. Anschließend wird etwa 10 Minuten lang auf 95° C erhitzt. Die Schicht
29 wird dann mittels einer aktinischen Bestrahlung 25
Sekunden lang durch eine — in der Figur nicht gezeigte — Maske belichtet, die drei verschiedene Durchlässigkeitsbereiche
hat und etwa der in der F i g. 2c gezeigten Maske entspricht. Die Belichtung ist vollständig in dem
stark gepunkteten Gebiet 30 und teilweise in den leichtgepunkteten Gebieten 32 und 34. Die Schicht 29
wird dar. η mit einem alkalischen Entwickler entwickelt, der von seiner normalen Stärke mittels deionisierten
Wassers auf einem Verdünnungsgrad von 30% gebracht worden ist. Der unverdünnte Entwickler ist eine
gepufferte wäßrige alkalische Lösung, die etwa 5 Gewichtsprozent Feststoffe enthält und einen pH-Wert
von etwa 13,0 hat, wobei die Feststoffe aus einer Mischung von Natriummetasilikat und einem Natriumphosphat,
wobei im allgemeinen Natriumorthophosphat genommen wird, besteht. Die Entwicklungszeit beträgt
etwa 45 bis 60 Sekunden und die nicht belichteten Gebiete 33 der Schicht 29 und die teilweise belichteten
Gebiete 32 und 34 der Schicht 29 bleiben dabei auf der Chromschicht 27 (Fig. 3c). Die Chrom- und Kupferschichten
25 und 27, soweit sie von dem Photolack nicht bedeckt sind, werden dann weggeätzt, wobei die in der
F i g. 3d gezeigte Struktur sich bildet.
Geeignete Ätzmittel für Chrom sind solche, die den nach dem Entwickeln nicht erhitzten Photolack nicht
verschlechtern. Solche Ätzmittel sind z. B. in der US-Patentschrift 36 39 185 beschrieben und bestehen
aus der wäßrigen Lösung eines Salzes einer schwachen Säure und einer starken Base und eines Oxydationsmittels.
In diesem Beispiel wird bei Temperaturen zwischen
30 und 45°C eine Mischung von etwa 6 Gramm Kaliumpermanganat und etwa 26 Gramm wasserfreies
Natriumkarbonat in 100 Milliliter deionisiertem Wasser benutzt, wobei diese Mischung einen pH-Wert zwischen
11 und 12 hat Kupfer wurde bei Temperaturen zwischen 25 und 35° C mit einer Lösung geätzt, die 40
Gramm Eisen-(III)-Chlorid und 0,001 cm3 einer 37%igen Salzsäure in 100 cm3 Wasser enthielt Die
stehengebliebene Photolackschicht wird dann mit nicht verdünntem Entwickler entwickelt, so daß die teilweise
belichteten Gebiete 32 und 34 entfernt werden, wie es die F i g. 3e zeigt Die dann freiliegenden Gebiete 37 und
39 der Chromschichten 27 und 21 werden dann mittels des selektiv wirkenden Permanganatätzmittels weggeätzt,
wobei die in Fig.3f gezeigte Struktur entsteht, weiche voneinander getrennte Chrom-Kupfer-Chrominseln
36 und 38 hat, in welchen die obere Chromschicht 27 die Stufen 41 und 42 hat Diese Stufenstruktur bildet
geeignete Lotdämme bei der Befestigung von Halblei
ter-Chips auf den Inseln und zugehörigen Leiterzügen
auf dem Substrat 23 während eines Lötprozesses. Nach dem zweiten Ätzschritt wird die stehengebliebene
Photolackschicht 29 mittels eines konventionellen Photolackablösemittels, wie z. B. einer Mischung aus
Tetrachloräthylen, Dichlorbenzol, Phenol, und einem Natrium-Alkyl-Naphthalin-Netzmittel entfernt. Die
dann vorliegende Struktur zeigt die F i g. 3g. Das beschriebene Verfahren eliminiert ein zweites Beschichten
mit Photolack und einen zweiten Belichtungsschritt, um die Stufen in der Schicht 27 herzustellen. Außerdem
ist die Geometrie der Stufen zueinander durch die einmalige Belichtung fixiert, so daß Justierschwierigkeiten
nicht auftreten können.
Im Beispiel II ist eine Kombination von Ätzen und Niederschlagen erläutert, durch die Lötklumpen, die
benötigt werden, um entweder Drähte oder Halbleiter-Chips aufzulöten, hergestellt werden.
Beispiel II
Das in der Fig.4a gezeigte Keramiksubstrat 51, das
aus einem Keramikmaterial, einem glasierten Keramikmaterial oder aus einem mehrschichtigen Keramikmaterial
bestehen kann, ist mit einer Chromschicht 53 und einer auf dem Chrom liegenden Kupferschicht 55
beschichtet. Eine Schicht 57 aus einem positiven Photolack bedeckt die Kupferschicht 55. Die Photolackschicht
wird dann durch eine Maske mit mehreren Bereichen unterschiedlicher optischer Durchlässigkeit
belichtet, so daß die in der Fig.4b stark gepunkteten
Gebiete 59 vollständig belichtet sind, die Gebiete 61 nicht belichtet sind und das leicht gepunktete Gebiet 63
teilweise belichtet ist. Die voll belichteten Gebiete der Photolackschicht werden dann entfernt mittels eines
verdünnten Entwicklers, wodurch die Gebiete 65 der Kupferschicht 55 freigelegt werden. Die dann vorliegende
Struktur zeigt die F i g. 4c. Das nicht von Photolack beschichtete Kupfer und das darunterliegende Chrom
werden dann durch Ätzen entfernt, so daß nur, wie die F i g. 4d zeigt, die noch mit der Photolackschicht 57
abgedeckten Inseln 69 und 70 stehen bleiben. Der noch stehende Photolack wird dann mit einem stärker
konzentrierten Entwickler entwickelt, wobei dann das teilweise belichtete Gebiet 63 entfernt wird, wodurch
dann das Gebiet 73 der Kupferschicht 55 freigelegt wird. Eine Goldschicht 71 wird dann auf die freiliegende
Oberfläche 73 der Kupferschicht 55 aufplattiert. Die dabei entstandene Struktur zeigt die F i g. 4f. Schließlich
wird der noch stehende Photolack abgelöst. Übrig bleibt die Chrom-Kupferinsel 70, die mit einem Chip
verbunden werden kann, und die mit Gold beschichtete Chrom-Kupferinsel 69, mit der Drähte verbunden
werden können.
Die Belichtung mit unterschiedlichen Energiemengen kann auch dadurch erreicht werden, daß der Wellenlängen.bereich,
mit dem die einzelnen Bereiche des Substrats belichtet werden, durch optische Filter
eingeengt wird, z. B. durch Verwendung von selektiv gefärbten Masken. Wird die Belichtung in der Weise
durchgeführt daß mil einem fokussierten, aus Licht, Ionen oder Elektronen bestehenden Strahl, die zu
bestrahlende Photolackschicht überstrichen wird, so ist es möglich, eine unterschiedliche Energieeinstrahlung
dadurch zu erreichen, daß die Strahlintensität und/oder die Belichtungszeit entsprechend variiert wird.
11 12
Das beschriebene Verfahren ist auch auf negative Photolackgebiete an. Die teilweise belichteten Gebiete
Photolacke anwendbar, d. h., auf solche Photolacke, die müssen hinreichend vernetzt sein, damit sie beim ersten
beim Belichten vernetzen. Es kommt in diesem Fall auf Entwicklungsschritt, bei dem die nicht belichteten
die unterschiedlichen Löslichkeiten beim Entwickeln Gebiete des Photolacks entfernt werden, stehen bleiben,
der nicht belichteten und der teilweise belichteten ".
llici/u 4 Bhi
Claims (16)
1. Verfahren zum Herstellen maskierender Muster aus Photolack auf selektiv zu bearbeitenden
Substratoberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die zu bearbeitende Substratoberfiäche
aufgebrachte Photolackschicht selektiv mit unterschiedlichen Strahlungsenergiemengen belichtet
und anschließend in aufeinanderfolgenden Entwicklungsschritten mit Entwicklern zunehmender
Lösungsfähigkeit behandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Strahlungsenergiemenge
die die Photolackschicht erreichende Strahlungsintensität variiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Variation der Strahlungsenergiemenge
die Belichtungszeit variiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Maske mit sich durch ihre
optische Durchlässigkeit unterscheidenden Bereichen belichtet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Maske mit sich durch ihre
Strahlungsabsorbtion unterscheidenden Bereichen belichtet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem die Photolackschicht
abtastenden fokussierten Strahl mit regelbarer Intensität und/oder Abtastgeschwindigkeit bestrahlt
wird.
7. Verfahren nach Anspiuch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl aus Licht, Ionen oder
Elektronen gebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photolackschicht hintereinander
mehrfach belichtet wird, wobei bei jeder Belichtung die Maske gewechselt wird und Masken verwendet
werden, die übereinander justiert summierte Schichtdicken ergeben, die sich bereichsweise
unterscheiden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Beeinflussung der Lösungsfähigkeit des Entwicklers die Konzentration einzelner Bestandteile variiert
wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Herstellung der Photolackschicht ein negativer Photolack verwendet wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Herstellung der Photolackschicht ein positiver Photolack verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als positiver Photolack ein
m-Kresol-Formaldehyd-Novolak-Harz mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 1000 verwendet wird, das als Sensibilisator einen 2-Diazo-Naphthochinon-S-Sulfonsäureester
von 2,3,4-Trihydroxybenzophenon enthält.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Entwickler eine alkalisehe
(pH ~ 13), wäßrige Lösung verwendet wird, die etwa 5% Festkörpergehalt hat, der aus Natriummetasilikat
und Natriumphosphat besteht.
14. Verführen nach Ansnnich 13. dadurch
gekennzeichnet, daß zur Verminderung der Lösungsfähigkeit
des Entwicklers sein Festkörpergehalt
entsprechend erniedrigt wird.
15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Aufbringen der Photolackschicnt diese durch eine exakt zum Substrat justierte Maske mit
einem 100%ig, einem 0%ig durchlässigen und einem Bereich, dessen Durchlässigkeit dazwischen liegt,
belichtet und anschließend mit einem ersten, nur den Photolackbereich mit dem geringsten Polymerisationsgrad
lösenden Entwickler behandelt wird, daß die dabei freigelegte Substratoberfläche bearbeitet
wird, daß dann das stehengebliebene Photolackmuster mit einem zweiten, den Photolackbereich mit
dem mittleren Polymerisationsgrad lösenden Entwickler behandelt wird und anschließend die bei der
zweiten Entwicklung oder die bei beiden Entwicklungen freigelegte Substratoberfläche bearbeitet
wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bearbeitung der
Substratoberfläche geätzt und/oder plattiert wird.
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